(57)【要約】【課題】待機時における加熱ローラの温度制御を高精度で行うことで、良好なファーストコピーアウト性能が得られるようにする。【解決手段】加熱ローラ１と、加圧ローラ２と、磁束を発生する誘導コイル３ａと、加熱ローラ１の温度を検出する温度検知部材（サーミスタ等）５とを備え、誘導コイル３ａにより発生した磁束により加熱ローラの発熱層に渦電流を発生させることで加熱ローラ１を発熱させる方式の定着装置において、前記温度検知部材５を、誘導加熱による加熱ローラ１の発熱部分の最大発熱量の１／ｅ倍以上の領域に配置して加熱ローラ１の温度制御を行うことで、加熱ローラ１の異常昇温を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱ローラと、この加熱ローラの外周面に記録材を押圧する加圧ローラと、前記加熱ローラを加熱する部分加熱手段と、前記加熱ローラの温度を検出する温度検出手段とを備え、前記加熱ローラを前記部分加熱手段にて加熱し、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間を通過する記録材上の画像を加熱定着する定着装置において、前記部分加熱手段による前記加熱ローラの加熱領域に前記温度検出手段が配置されていることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
前記部分加熱手段が前記加熱ローラの内部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項３】
前記部分加熱手段が前記加熱ローラの外部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の定着装置。
【請求項４】
前記部分加熱手段が、磁束発生手段により発生した磁界にて前記加熱ローラの発熱層に渦電流を発生させることによって当該加熱ローラを発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱源であり、前記磁束発生手段が前記加熱ローラの外周面に対し一定のギャップをあけた状態で対向配置されているとともに、前記磁束発生手段に前記加熱ローラが対向する領域に、前記温度検出手段が配置されていることを特徴とする請求項３記載の定着装置。
【請求項５】
前記加熱ローラの発熱部分の最大発熱量の１／ｅ倍以上の領域に前記温度検出手段が配置されていることを特徴とする請求項４記載の定着装置。
【請求項６】
前記加熱ローラの発熱部分の最大発熱量となる部位に前記温度検出手段が配置されていることを特徴とする請求項５記載の定着装置。
【請求項７】
加熱ローラと、この加熱ローラの外周面に記録材を押圧する加圧ローラと、前記加熱ローラを加熱する部分加熱手段とを備え、前記加熱ローラを前記部分加熱手段にて加熱し、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間を通過する記録材上の画像を加熱定着する定着装置において、当該定着装置が待機中であるときは、前記加熱ローラを回転させた状態で前記部分加熱手段による加熱を行うように構成されていることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
前記待機中の加熱ローラの回転と定着動作中の加熱ローラの回転との関係が［定着動作中の加熱ローラの回転速度］≧［待機中の加熱ローラの回転速度］であることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
【請求項９】
前記待機中の加熱ローラの回転が間欠回転であることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
【請求項１０】
前記加熱ローラの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の検出値に基づいて前記加熱ローラの間欠回転を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出値が予め設定された設定温度に達した時点で前記加熱ローラを所定角度だけ回転するように構成されていることを特徴とする請求項９記載の定着装置。
【請求項１１】
前記加熱ローラの間欠回転時の回転角度は、少なくとも前記加熱ローラが停止している状態のときに前記部分加熱手段にて加熱された加熱ローラの被加熱領域が、前記部分加熱手段の配置領域の外部に位置するような回転角度であることを特徴とする請求項１０記載の定着装置。
【請求項１２】
前記加熱ローラの間欠回転時の回転角度は、前記加熱ローラの被加熱領域が、前記加熱ローラと加圧ローラとのニップ部に位置するような回転角度であることを特徴とする請求項１１記載の定着装置。
【請求項１３】
前記待機中の加熱ローラの回転が定常回転であることを特徴とする請求項７記載の定着装置。
【請求項１４】
前記加熱ローラの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の検出値に基づいて前記部分加熱手段の駆動／停止を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１３記載の定着装置。
【請求項１５】
前記待機中の制御に用いる設定温度は、当該定着装置に記録材が突入を開始するまでに、前記加熱ローラが定着可能温度に到達することが可能な温度であることを特徴とする請求項１０または１４記載の定着装置。
【請求項１６】
前記部分加熱手段が、磁束発生手段により発生した磁界にて前記加熱ローラの発熱層に渦電流を発生させることによって当該加熱ローラを発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱源であり、前記磁束発生手段が前記加熱ローラの外周面に対し一定のギャップをあけた状態で対向配置されているとともに、前記磁束発生手段に前記加熱ローラが対向する領域に、前記温度検出手段が配置されていることを特徴とする請求項１０または１４記載の定着装置。
【請求項１７】
前記加熱ローラの発熱部分の最大発熱量の１／ｅ倍以上の領域に前記温度検出手段が配置されていることを特徴とする請求項１６記載の定着装置。
【請求項１８】
前記加熱ローラの発熱部分の最大発熱量となる部位に前記温度検出手段が配置されていることを特徴とする請求項１７記載の定着装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の定着装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録材上にトナー像を加熱と加圧によって定着させる定着装置及びそれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、電子写真方式の画像形成装置では、小型でありながら安定した定着が可能な加熱ローラ型の定着装置が広く実用化されている。このような加熱ローラ型の定着装置は、粉体現像剤（トナー）からなるトナー像が転写された記録用紙を加熱しつつ搬送する加熱ローラと、この加熱ローラに対して記録用紙を押圧しつつ搬送する加圧ローラとを備え、これら加熱ローラと加圧ローラとの間の圧接部（ニップ部）である定着ポイントに記録材（用紙）を通過させることで、記録材上にトナー像を溶融圧着（定着）するように構成されている。
【０００３】
加熱ローラ型の定着装置にはヒーターランプを用いた加熱方式が採用されている。ヒーターランプ加熱方式は、加熱源であるハロゲンランプを加熱ローラ等の発熱構造体の内部に配置し、その内側より均一に加熱する方式が一般的である。
【０００４】
加熱ローラ型の定着装置においては、従来、肉厚をある程度厚くした熱容量の大きなアルミニウム部材を加熱ローラとして使用しているが、このような加熱ローラでは、定着に必要な所定の温度（例えば１８０℃程度）に達するまでの立ち上がり時間が長くなるばかりでなく、消費電力が大になるという問題があり、その対策が求められている。
【０００５】
そこで、最近では、定着装置の立ち上がり時間を短縮し、かつ、省エネ効果を狙うために、加熱ローラの薄肉化を図り、定着装置の熱容量を低減して対処するような検討が行われている。さらに、従来のヒーターランプ加熱方式に替えて、電磁誘導加熱により、加熱ローラもしくはフィルム部材自身を発熱させることで、定着装置の立ち上がり時間を更に短縮し、省エネ化を目指した定着装置の開発も盛んに行われている。
【０００６】
誘導加熱定着方式では、加熱源である誘導コイルを加熱ローラ等の発熱構造体の内部に配置する構成（内部加熱方式）と、発熱構造体の外部つまり印字面接触側に誘導コイルを対向配置する構成がある（外部加熱方式）。また、発熱構造体として、（１）比較的厚肉の金属ローラを用いてローラ全体を発熱させるもの、（２）数十μｍ程度の摺動発熱フィルムを発熱させるもの、（３）非常に薄い金属発熱層の内側に断熱スポンジ等の弾性体、さらにその内側に芯金を設けてローラ構造体としたもの等が知られている。
【０００７】
これらのうち、（１）金属ローラを用いる構成では、ローラの構造体としての剛性を得るため熱容量が大きくなり、立ち上がり時間を大幅に改善することは困難である。
【０００８】
また、（２）フィルム摺動方式では、発熱層の熱容量が非常に小さくて、立ち上がり時間の短縮に効果はあるが、安定した回転駆動が困難であり、高速化には不向きである。
【０００９】
一方、（３）薄い金属発熱層の内側に弾性スポンジ層、その内側に金属等の芯金を設けたローラ構造方式では、フィルム摺動方式と同様に、発熱層が非常に薄くて熱容量の小さい層であり、さらにその内側に断熱層を設けているので、ローラ構造体でありながら、立ち上がり時間の短縮が可能であり、しかもローラ構造体のため高速でも安定して回転可能である。また、加熱ローラが弾性体構造であるので、ワイドニップの形成が可能であり、カラー用の定着装置に適している。
【００１０】
ところが、このような（３）のローラ構造体では、基本的に誘導コイルを外部に配置する必要がある。誘導コイルを外部に配置する構造では、一般的には、ローラ半周分を覆うような構成で配置される。そのため、加熱ローラには加熱領域と非加熱領域が存在すること（部分加熱）となり、加熱ローラが回転している場合は、発熱層は順次、誘導コイルとの対向位置に導入されるため、加熱ローラは均一に加熱される。しかしながら、加熱ローラが回転していない状態で加熱を行うと、加熱される領域と加熱されない領域とが混在することになる。
【００１１】
一方、複写機においては、ユーザーの立場から、ファーストコピーアウト時間は重要な性能であり、これを実現する方法として、待機モードを設定して、待機時に加熱ローラを予熱しておくという方法が考えられる。また、待機中に加熱ローラを予熱する場合、温度検知部材を用いて加熱ローラの温度を制御する必要がある。温度検知部材の設置位置に関しては様々な提案がなされている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１０４９７５号公報
【特許文献２】特開２００２−７２７５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、加熱源を加熱ローラの外部に配置する構成（外部加熱方式）では、前記したように、加熱ローラの周方向に対して、加熱と非加熱の領域が存在するため、待機時に加熱ローラを停止して加熱を行うとローラ周方向の位置によってローラ温度が異なることになる。特に、誘導加熱方式は、発熱層が直接発熱する構成であり、その熱容量も小さいことから、加熱領域では瞬時に温度が上昇するが、非加熱領域では、逆に熱容量が小さいため瞬時に熱を放熱する。このような点について、図１２及び図１３を参照して詳細に説明する。図１２は、誘導コイルによる加熱ローラの発熱分布と温度検知部材の設置位置を示す図である。図１３は、加熱ローラを室温から定着可能温度である１７０℃まで回転しながら加熱立ち上げを行い、その後、加熱ローラを停止させ、一定電力１５０Ｗで加熱待機したときの加熱ローラの温度を測定した結果である。
【００１３】
図１３において、コイルセンター位置（図１２のθ＝０の位置）を基準に、加熱ローラを排紙方向に７０度回転した位置Ｓ１（θ＝７０°）では、待機を開始してから２０秒が経過した後からローラ温度は上昇している。しかしながら、コイルセンター位置（θ＝０）から１４５度回転した位置Ｓ２（θ＝１４５°）では、誘導コイルにより加熱ローラを加熱しているにも拘らず加熱ローラ温度が上昇を始めるまでおよそ３分の時間を要している。さらに、温度上昇の度合いも、位置Ｓ１と位置Ｓ２では異なり、位置Ｓ１の方が上昇度合いが大きい。つまり、位置Ｓ１と位置Ｓ２とを比較した場合、位置Ｓ２の方が検出感度が鈍いため、誘導コイル近傍の加熱領域の温度を精度良く制御できないことがわかる。従って、位置Ｓ２（非加熱領域）に温度検知部材を配置すると、最悪の場合、誘導コイル近傍の加熱領域の温度が異常に上昇し、加熱ローラの発煙・発火の危険にさらされてしまう。また、加熱ローラの耐熱温度を上回り、加熱ローラの破損や劣化を招くこともある。
【００１４】
ここで、加熱ローラの温度制御に関して、前記した特許文献１（特開平１０―１０４９７５号公報）には、温度検知部材の設置位置が非加熱領域に設置することが記載されているが、この位置に温度検知部材を設置した場合、上述の理由により、待機時に加熱ローラを停止状態で加熱することが困難なため、画像出力ごとに加熱ローラを室温から立ち上げる必要があり、良好なファーストコピーアウトタイムを得ることはできない。また、特許文献２（特開２００２―７２７５５号公報）においても、コイル間の非加熱領域に温度検知部材を設置することが記載されているが、このコイル間の近傍も渦電流発生が小さくなる部分であり、上記と同様な問題が発生する。
【００１５】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、待機時における加熱ローラの温度制御を高精度で行うことができ、もって、良好なファーストコピーアウト性能を得ることが可能な定着装置の提供と、そのような特徴をもつ定着装置を備えた画像形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の定着装置は、加熱ローラと、この加熱ローラの外周面に記録材を押圧する加圧ローラと、前記加熱ローラを加熱する部分加熱手段と、前記加熱ローラの温度を検出する温度検出手段とを備え、前記加熱ローラを前記部分加熱手段にて加熱し、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間を通過する記録材上の画像を加熱定着する定着装置において、前記部分加熱手段による前記加熱ローラの加熱領域（被加熱領域）に前記温度検出手段が配置されていることによって特徴づけられる。
【００１７】
この発明の定着装置によれば、部分加熱手段による加熱ローラの被加熱領域つまり加熱ローラの高温度領域の温度を検出しているので、待機時において、加熱ローラを停止状態で加熱する場合であっても、加熱ローラの異常昇温を抑制できる。その結果、発火・発煙等の危険がなくなる。さらに、待機時から定着可能温度への復帰を短時間で完了することができ、良好なファーストコピーアウト性能を得ることができる。
【００１８】
この発明の定着装置において、前記部分加熱手段は、加熱ローラの内部に配置されていてもよいし、加熱ローラの外部に配置されていてもよい。
【００１９】
この発明の定着装置において、前記部分加熱手段が、磁束発生手段により発生した磁界にて加熱ローラの発熱層に渦電流を発生させることによって加熱ローラを発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱源であり、その磁束発生手段が加熱ローラの外周面に対し一定のギャップをあけた状態で対向配置されている場合、前記温度検出手段を、磁束発生手段に加熱ローラが対向する領域に設けておく。また、この場合、磁束発生手段の磁束による加熱ローラの発熱部分の最大発熱量の１／ｅ倍以上の領域に温度検出手段を配置することが好ましく、特に、加熱ローラの発熱部分の最大発熱量となる部位に温度検出手段を配置することが好ましい。
【００２０】
本発明の定着装置は、加熱ローラと、この加熱ローラの外周面に記録材を押圧する加圧ローラと、前記加熱ローラを加熱する部分加熱手段とを備え、前記加熱ローラを前記部分加熱手段にて加熱し、前記加熱ローラと前記加圧ローラとの間を通過する記録材上の画像を加熱定着する定着装置において、当該定着装置が待機中であるときは、前記加熱ローラを回転させた状態で前記部分加熱手段による加熱を行うように構成されていることによって特徴づけられる。
【００２１】
この発明の定着装置によれば、待機中に加熱ローラを回転させながら加熱ローラを加熱しているので、部分加熱手段による局所加熱であっても、待機中の加熱ローラの周方向における温度むらを抑制できるとともに、待機モードから定着可能温度への復帰を短時間で完了することができ、良好なファーストコピーアウト性能を得ることができる。さらに、定着可能温度への復帰直後においても、加熱ローラの周方向における温度履歴による温度むらを解消でき、光沢むら等のない良好な画像を得ることができる。
【００２２】
この発明の定着装置において、前記待機中の加熱ローラの回転と定着動作中（印字中）の加熱ローラの回転との関係が［定着動作中の加熱ローラの回転速度］≧［待機中の加熱ローラの回転速度］であることが好ましい。このように、待機中の加熱ローラの回転速度を印字中の回転速度以下とすることで、待機中の加熱ローラの周方向における温度むらを低減できるとともに、待機中の回転ローラの回転数を低減することができ、加熱ローラの長寿命化も図ることができる。
【００２３】
この発明の定着装置において、前記待機中の加熱ローラの回転は間欠回転もしくは定常回転（連続回転）のいずれであってもよい。間欠回転を採用した場合、待機中の加熱ローラの回転時間を減らすことができるので、加熱ローラの長寿命化にも寄与できる。
【００２４】
この発明の定着装置において、前記待機中の加熱ローラの回転を間欠回転とする場合、加熱ローラの温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の検出値に基づいて前記加熱ローラの間欠回転を制御する制御手段とを設け、前記温度検出手段の検出値が予め設定された設定温度に達した時点で加熱ローラを所定角度だけ回転するように構成してもよい。このような構成を採用すれば、加熱ローラの発熱領域の温度が一定温度に到達した後に、加熱ローラが回転するようになるので、間欠回転を行う状態において、待機時の加熱ローラの周方向における温度むらをより一層低減することができる。
【００２５】
この発明の定着装置において、加熱ローラの回転を間欠回転とする場合、その間欠回転時の回転角度を、少なくとも加熱ローラが停止している状態のときに部分加熱手段にて加熱された加熱ローラの被加熱領域が、部分加熱手段の配置領域の外部に位置するような回転角度とすれば、待機中において加熱ローラが停止状態のときに加熱された加熱ローラの被加熱領域が、加熱ローラの回転により、部分加熱手段による加熱領域外にまで回転移動されるため、待機中の加熱ローラ温度むらをより一層低減することが可能となる。
【００２６】
また、前記間欠回転時の回転角度を、加熱ローラの被加熱領域が、加熱ローラと加圧ローラとのニップ部に位置するような回転角度とすれば、加熱ローラの被加熱領域つまり高温度領域が、加圧ローラとの接触領域つまり低温度領域にまで回転するようになるので、待機時の加熱ローラの周方向における温度むらをより一層低減することが可能であるとともに、加圧ローラに対する熱供給量を増やすことが可能となり、待機モードからの定着可能温度までの復帰時間を短縮することができる。
【００２７】
この発明の定着装置において、加熱ローラの回転を定常回転とする場合、加熱ローラの温度を検出する温度検出手段と制御手段とを設け、その温度検出手段の検出値に基づいて前記部分加熱手段の駆動／停止を制御するように構成してもよい。
【００２８】
この発明の定着装置において、前記部分加熱手段が、磁束発生手段により発生した磁界にて加熱ローラの発熱層に渦電流を発生させることによって加熱ローラを発熱させる電磁誘導加熱方式の加熱源であり、その磁束発生手段が加熱ローラの外周面に対し一定のギャップをあけた状態で対向配置されている場合、前記温度検出手段を、磁束発生手段に加熱ローラが対向する領域に設けておく。また、この場合、磁束発生手段の発生磁束による加熱ローラの発熱部分の最大発熱量の１／ｅ倍以上の領域に温度検出手段を配置することが好ましく、特に、加熱ローラの発熱部分の最大発熱量となる部位に温度検出手段を配置することが好ましい。
【００２９】
この発明の定着装置において、前記した待機中の制御に用いる設定温度は、当該定着装置に記録材が突入を開始するまでに、加熱ローラが定着可能温度に到達することが可能な温度であることが好ましい。このような温度設定を行うと、記録材が加熱ローラと加圧ローラとのニップ部に突入するまでに、加熱ローラ温度が定着可能温度に到達することになるので、良好なファーストコピー時間を満足できるとともに、定着不良等の画像欠陥のない良好な画像も得ることができる。
【００３０】
本発明の画像形成装置は、以上の特徴をもつ定着装置を備えているので、待機モードから定着可能温度への復帰を短時間で完了することができ、良好なファーストコピーアウト性能を得ることができるとともに、良好な画質を維持することができる。
【００３１】
ここで、本発明において、加熱ローラの温度を検出する温度検出手段を配置する発熱領域（加熱領域）を、加熱ローラの最大発熱量の１／ｅ倍以上の領域とする理由を以下に述べる。
【００３２】
まず、誘導加熱においては、誘導コイルに流れた高周波電流によって導体（本発明では発熱層）に発生した高周波磁界を打ち消すような方向に誘導電流が導体に流れ、その誘導電流と導体の電気抵抗によりジュール熱が発生することで導体（発熱層）が発熱する。
【００３３】
ところで、発熱層に高周波磁界を作用させた場合、発熱層の深さ方向に一様に発熱が起こるわけではない。高周波磁界は、表皮効果の影響により、発熱層の表面近傍にしか作用せず、高周波磁界が最も強く作用する領域、つまり表面の誘導電流密度を１とした場合、図１１に示すように、表面に近いほど誘導電流密度は高く、内部に向かうに従って高周波磁界の吸収量が減少するため誘導電流密度は急激に減少する結果となる。ここで、導体の電気抵抗率をρ、透磁率をμ、誘導コイルに流れる高周波電流の周波数をｆとした場合、導体の面が平面でその表面の場所によらず一様な高周波磁界が作用するという条件のもとでは、表皮深さδは、δ＝√（ρ／π・ｆ・μ）で表される。
【００３４】
誘導加熱においては、上述の表皮効果により、表皮深さδ以上の深さとなる領域では、高周波磁界の吸収量が１／ｅ倍以下に減衰するために、導体における誘導電流密度が表面の１／ｅ倍以下となり、この深さ以上の領域は、殆ど発熱に寄与しないと言い換えることができる。このことから、発熱領域とは最大発熱量の値に対して１／ｅ倍以上の発熱量を有する領域とも捉えることもできる。
【００３５】
ところで、上述の例は、発熱層面に対して一様な高周波磁界が作用する条件のもとで、発熱層の深さ方向についてその高周波磁界が作用する領域、つまり発熱層が誘導電流により発熱する領域を示したものであるが、本発明の定着装置に採用する加熱方式のように、一定の均一な厚みを有した発熱層からなる加熱ローラに対して、その周方向の一部に誘導コイルを対向配置する構成では、発熱層の周方向全面にわたって均一な高周波磁界が形成されるわけではない。当然、誘導コイルに対向するような位置では、発熱層を通過する磁束密度は増し、より多くの誘導電流が流れることから発熱量は多くなる。一方、誘導コイルに対向しないような位置では、発熱層を通過する磁束密度は低下し、誘導電流は殆ど流れないため、殆ど発熱しない。
【００３６】
このように、加熱ローラ周方向の発熱量は、周方向それぞれ位置での発熱層を通過する磁束密度の量に依存し、その値が大きいほど、誘導電流密度が増加し、発熱量も増すことになる。つまり、加熱ローラの周方向においても、その発熱量は、磁束密度の量すなわち発熱層中を通過する磁束密度の量に依存して発熱層中に発生する誘導電流密度に依存する。従って、誘導コイルによる加熱ローラの周方向についての発熱領域とは、発熱分布より求めた最大発熱量（Ｑ０）の１／ｅ倍以上の領域と捉えることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の定着装置によれば、加熱ローラの高温度領域の温度を検出しているので、待機モード時において、加熱ローラを停止状態で加熱する場合であっても、加熱ローラ温度の異常昇温を抑制できる。その結果、発火・発煙等の危険がなくなる。さらに、待機モードから定着可能温度への復帰を短時間で完了することができ、良好なファーストコピーアウト性能を得ることができる。
【００３８】
本発明の定着装置によれば、待機中に加熱ローラを回転させながら加熱ローラを加熱しているので、部分加熱手段による局所加熱であっても、待機中の加熱ローラの周方向における温度むらを抑制できるとともに、待機モードから定着可能温度への復帰を短時間で完了することができ、良好なファーストコピーアウト性能を得ることができる。さらに、定着可能温度への復帰直後においても、加熱ローラの周方向における温度履歴による温度むらを解消でき、光沢むら等のない良好な画像を得ることができる。
【００３９】
本発明の画像形成装置によれば、以上の特徴をもつ定着装置を備えているので、待機モードから定着可能温度への復帰を短時間で完了することができ、良好なファーストコピーアウト性能を得ることができるとともに、良好な画質を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４１】
＜画像形成装置＞
図１は本発明の画像形成装置の一例を示す断面図である。
【００４２】
図１に示す画像形成装置１０は筐体状の装置本体１１を備えており、その装置本体１１の内部に、帯電、露光、現像、転写、清掃等の画像形成プロセスにより画像を形成する画像形成部２０が配置されている。また、装置本体１１の上面には、原稿載置台としてのプラテンガラス１２及びこのプラテンガラス１２上にセットされた原稿Ｄを押さえるプラテンカバー１３が設けられている。
【００４３】
装置本体１１の上面前端縁部には、入力／表示手段としてのコントロールパネル（図示せず）が配置されている。装置本体１１の底部には、画像形成部２０に供給される像担持体としての用紙（記録材）Ｐを収容した給紙カセット１４が装着されている。装置本体１１の右側には手差し給紙台１５が設けられており、また、装置本体１１の左側には、定着済の用紙Ｐを収容する排紙トレイ１６が設けられている。
【００４４】
画像形成部２０は、装置本体１１内のほぼ中央部に回転駆動自在に配設された像担持体としての感光体ドラム２１を備えている。
【００４５】
感光体ドラム２１の周囲には、その回転方向（矢印Ｍ方向）に沿って、感光体ドラム２１に光を照射して残留電荷を除去する除電装置（残留電荷除去手段）２２、感光体ドラム２１の表面を一様に帯電させる帯電装置２３、非画像形成領域の電荷を除去するＬＥＤ消去アレイ２４、装置本体１１内上部に配設された光学系移動式の露光装置（静電潜像形成手段）２５、この露光装置２５によりスリット露光されることで感光体ドラム２１の表面に形成された静電潜像を粉体現像剤（以下、「トナー」という）を用いて現像する現像装置２６が、この順で配置されている。
【００４６】
さらに、感光体ドラム２１の周囲には、この感光体ドラム２１に形成されたトナー像を、給紙カセット１４または手差し給紙台１５から給送される像担持体としての用紙（普通紙またはＯＨＰシート等）Ｐに対して転写する転写装置２７、トナー像が転写された用紙Ｐを感光体ドラム２１から剥離する剥離装置２８、及び、感光体ドラム２１に残存するトナーを掻落とすクリーナ装置２９が、この順で配置されている。
【００４７】
また、装置本体１１内には、給紙カセット１４から、ピックアップローラ及び給紙ローラ等からなる給紙装置３１を介して繰り出し給送された用紙Ｐ、または、手差し給紙台１５から給紙装置３２を介して給送される用紙Ｐを、転写装置２７と感光体ドラム２１との間の像転写部３０を経て排紙トレイ１６に導く用紙搬送路４０が形成されている。
【００４８】
用紙搬送路４０には、像転写部３０よりも上流側に位置して、整位手段及び搬送手段を兼用するレジストローラ対４１が配設されており、さらにその上流側に用紙検知手段としてのレジストローラ前検知器４２が配設されている。また、レジストローラ対４１と像転写部３０との間には用紙案内手段としての進入ガイド４３が配設されている。
【００４９】
さらに、像転写部３０よりも下流側に位置して、無端ベルトを有する搬送装置４４、加熱ローラ式の定着装置５０（詳細は後述する）及び排紙ローラ対６０が配設されている。
【００５０】
以上の構造の画像形成装置１０において、原稿Ｄの複写にあたっては、感光体ドラム２１が矢印Ｍ方向に回転するとともに、除電装置２２により残留電荷が除去された後、帯電装置２３により一様に帯電される。次いで、一様に帯電された感光体ドラム２１上に光学系移動式の露光装置２５により原稿Ｄが走査されて感光体ドラム２１上にスリット露光され、感光体ドラム２１上に原稿Ｄに対応する静電潜像が形成される。
【００５１】
その感光体ドラム２１上に形成された静電潜像は、現像装置２６によりトナーが付与されて現像され、感光体ドラム２１上にトナー像が形成される。一方、この感光体ドラム２１上へのトナー像の形成動作に並行して、給紙カセット１４または手差し給紙台１５から給送された用紙Ｐが、停止中のレジストローラ対４１に突き当たることにより用紙Ｐの先端整位が行われる。
【００５２】
そして、レジストローラ前検知器４２により先端検知が行われた時点から所定時間が経過した後に、レジストローラ対４１が回転して用紙Ｐが像転写部３０に向けて搬送が開始される。この搬送される用紙Ｐは、進入ガイド４３により用紙Ｐの先端が感光体ドラム２１に密着するように案内されて像転写部３０に送り込まれ、転写装置２７の働きにより感光体ドラム２１上のトナー像が用紙Ｐに転写される。次いで、トナー像が転写された用紙Ｐは、ＡＣコロナ放電による剥離装置２８により剥離された後、搬送装置４４を介して定着装置５０に導かれ、この定着装置５０によってトナー像が用紙Ｐに溶融定着される。このトナー像が定着された後の用紙Ｐは、排紙ローラ対６０により排紙トレイ１６上に排出される。
【００５３】
一方、用紙Ｐにトナー像が転写された後の感光体ドラム２１は、クリーナ装置２９により残留トナーが除去され、次の複写動作が可能な状態となる。なお、図１に示す画像形成装置１０は一例を示すものであり、本発明を適用する画像形成装置の構成は、これに限定されるものではない。
【００５４】
＜定着装置＞
次に、本発明の定着装置の一例を図２を参照しながら説明する。
【００５５】
この例の定着装置５０は、加熱回転体である加熱ローラ１、この加熱ローラ１に下方から摺接（当接）する加圧回転体である加圧ローラ２、加熱ローラ１を加熱する加熱源３、定着入口ガイド４及び加熱ローラ１の温度を検出する温度検知部材５などによって構成されており、加熱ローラ１及び加圧ローラ２によって用紙Ｐを加熱・加圧しつつ矢印Ｋｐ方向に挟持・搬送する。
【００５６】
加熱ローラ１と加圧ローラ２との間には、これら２つのローラ１，２の長手方向（図２において紙面と直行する方向）に沿って帯状の定着ニップ部Ｎが形成されており、その定着ニップ部Ｎの上流側（用紙Ｐの搬送方向（矢印Ｋｐ方向）の上流側）に定着入口ガイド４が配設されている。
【００５７】
次に、定着装置５０の各部を詳細に説明する。
【００５８】
加熱ローラ１は、図３の拡大断面図に示すように、例えば、外径２８ｍｍ、肉厚３ｍｍのアルミニウム製の素管からなる芯金１ａを有し、その芯金１ａの外周面に、厚み６ｍｍの弾性体層（シリコンスポンジ層）１ｂ、接着層（図示せず）、厚み４０μｍのＮｉ発熱層１ｃ、厚み４００μｍのシリコンゴム層１ｄ、最表層に厚み３０μｍのＰＦＡチューブ層１ｅをこの順で設けた構成となっている。この加熱ローラ１は、駆動手段（図示せず）によって矢印Ｒ１の方向に周速Ｖ１で回転駆動される。
【００５９】
加圧ローラ２は、例えば、直径２０ｍｍの鉄製の芯金２ａの外周面に、厚み５ｍｍの弾性体層（シリコンスポンジ層）２ｂを設け、さらにその外周面を厚さ３０μｍのＰＦＡチューブ２ｃを設けた構成となっている。この加圧ローラ２は、付勢手段（図示せず）によって所定の摺接圧（当接圧）で加熱ローラ１に押圧・付勢されており、これにより、加熱ローラ１と加圧ローラ２との間に前記した定着ニップ部Ｎが形成される。定着ニップ部Ｎは約７ｍｍ程度に設定されている。加圧ローラ２は、加熱ローラ１の矢印Ｒ１方向の回転に伴って矢印Ｒ２の方向に従動回転する。
【００６０】
加熱ローラ１の加熱源３は誘導コイル３ａによって構成されている。誘導コイル３ａは、素線径が０．１〜０．８ｍｍ程度の絶縁被服銅線を１０〜１５０本程度束ねたリッツ線を５〜２０回程度巻いたものを用いている。
【００６１】
誘導コイル３ａはホルダケース３ｂに収容されおり、加熱ローラ１の外周面に沿って、ほぼ加熱ローラ１の半周分を覆うように配設されている。誘導コイル３ａと加熱ローラ１との間のギャップは略３ｍｍ程度に保たれている。誘導コイル３ａは励磁回路（図示せず）に接続されており、その励磁回路により２０〜１００ｋＨｚ程度の高周波電流が通電されるようになっている。そして、このような高周波電流を誘導コイル３ａに流すことにより発生する交番磁束が、加熱ローラ１を構成するＮｉ発熱層１ｃに作用してＮｉ発熱層１ｃに渦電流が発生する。Ｎｉ発熱層１ｃに発生した渦電流は、Ｎｉ発熱層１ｃの固有抵抗によりジュール熱を発生し、その結果として加熱ローラ１が発熱する。
【００６２】
定着入口ガイド４は、用紙Ｐの搬送方向（矢印Ｋｐ方向）に沿って定着ニップ部Ｎのすぐ上流側に配設されており、画像形成部２０（図１参照）において表面にトナー像を保持した用紙Ｐが定着装置５０に供給される際に、その用紙Ｐの裏面に接触してこれをガイドし、用紙Ｐの先端を円滑に定着ニップ部Ｎへ適正に進入させるために設けられている。
【００６３】
温度検知部材５は、例えばサーミスタであって、誘導コイル３ａによる加熱ローラ１の発熱領域の温度を検出する。温度検知部材５は、加熱ローラ１と誘導コイル３ａの間に潜り込むような形、つまり誘導コイル３ａに対向する領域で加熱ローラ１に当接した状態で配置されている。より具体的には、温度検知部材５は、加熱ローラ１と加圧ローラ２との定着ニップ部Ｎの下流側であって、誘導コイル３ａの最大発熱部の１／ｅ以上の領域、すなわち、後述する図４における位置Ａで加熱ローラ１の外周面に当接するように配置されている。
【００６４】
このように、温度検知部材５を、誘導コイル３ａによる加熱ローラ１の発熱領域内に設置しておくことで、待機時において加熱ローラ１を停止状態で加熱する場合であっても、誘導コイル３ａによる加熱領域の温度が異常に上昇することがなく、安定した温度制御が可能になるとともに、待機状態から復帰するのに要する時間も短縮することができる。このような効果について図５〜図８を参照して詳しく説明する。
【００６５】
図５〜図８は、図４に示すＡ〜Ｄの各位置に温度検知部材５を配設し、その各位置Ａ〜Ｄの各温度検知部材５について温度制御を実施して、各温度検知部材５の検知温度を測定した結果を示す図である。なお、温度検知部材５としてはサーミスタを用いた。
【００６６】
まず、図５は、最大発熱部（最大発熱量Ｑ０の位置）に最も近い位置Ａにサーミスタを設置し、定着設定温度である１７０℃にて１５分間待機させた時の各温度検知部材５の検出温度を示したものである。当然ながら、位置Ａの温度は、待機中の加熱ローラ１の設定温度である１７０℃に維持される。
【００６７】
一方、それ以外のＢ〜Ｄ位置では、設定温度（１７０℃）を上回ることがなく、加熱ローラ１が部分的に異常昇温することがなくなるので、加熱領域の温度を安定に制御することができる。さらに、待機１５分経過直後に加熱ローラ１を回転させて復帰させた場合の、復帰時間は約１０秒であり、室温から立ち上げる場合に要する時間：約３０秒に対して、十分に短い時間で定着することが可能となる。
【００６８】
引き続き、位置Ｂ〜Ｄの検出温度に基づいて一定温度制御した場合について説明する。制御温度については、図５に示した位置Ａでの結果を参考に決定した。各位置とも待機時間が１分程度で最低温度もしくはそれに近い温度を検出していることから、待機１分後の値を持って温度制御することとした。位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄの各温度は、それぞれ１４５℃、１００℃、７０℃であった。
【００６９】
まず、図６に示す制御は、位置Ｂの検出温度に基づいて一定温度制御させた場合であるが、位置Ａの結果により、１４５℃程度で温度制御した場合、最も加熱される位置である位置Ａの温度は１６０℃近傍で安定していることがわかる。
【００７０】
一方、図７に示すように、位置Ｃの検出温度に基づいて一定温度制御した場合（１００℃）、待機後、約１５秒程度は、位置Ｃの温度は１００℃を上回っているため、誘導コイル３ａによる加熱は行われず、加熱ローラ１の温度は全体的に１００℃まで低下する。しかしながら、加熱開始とともに、最も加熱される位置Ａでは、瞬時に２００℃程度まで温度が上昇する。その後は、徐々に温度が低下し、１５分経過後には、１３５℃まで低下する。さらに、図８に示すように、位置Ｄの検出温度に基づいて一定温度制御した場合、上述の現象は更に顕著になり、最も加熱される位置Ａの温度は最大２６０℃を超えるまで加熱されてしまう。
【００７１】
ここで、図４に示すように、位置Ａ及び位置Ｂは、加熱領域つまり最大発熱位置の発熱量Ｑ０に対して１／ｅ倍以上の発熱領域に対応する位置であり、一方、位置Ｃ及び位置Ｄはそれ以下（Ｑ０／ｅ以下）の領域に対応する。
【００７２】
従って、以上の結果から、温度検知部材５を、発熱領域つまり加熱ローラ１の最大発熱部分の発熱量Ｑ０の１／ｅ倍以上の領域に設けて、加熱ローラ１の温度を検出・制御することで、待機時において加熱ローラ１を停止状態で加熱する場合であっても、加熱領域の異常昇温による発火・発煙等の危険を回避できる。さらに、加熱領域の温度が加熱ローラ１の耐熱温度を超えることによる発生する問題つまり加熱ローラ１の破損・劣化を防止することも可能になる。しかも、待機モードからの復帰時間も短縮可能となり、ファーストコピー時間を短縮することが可能となる。
【００７３】
なお、温度検知部材５の配置位置は、図１に示す位置に限られることなく、加熱ローラ１が誘導コイル３ａに対向する領域であればよく、例えば図９に示すような位置に温度検知部材５を配置してもよい。
【００７４】
また、定着装置５０は、例えば、図１０に示すように、加圧ローラ２を厚み１ｍｍ程度のアルミニウム製の金属ローラ表面２ｅに２０μｍ程度のＰＦＡのコート層２ｃを設けた構成とするとともに、加圧ローラ２の内部にハロゲンランプ６を設けて加圧ローラ２も加熱する構成としてもよい。このような構成を採用すると、待機時において、加熱ローラ１が誘導コイル３ａにて加熱されると同時に、加圧ローラ２からの熱が定着ニップ部Ｎを通じて伝達されて加熱ローラ１が加熱されるようになる。
【００７５】
＜加熱ローラの回転制御＞
次に、加熱ローラ１を待機時に回転させる場合の具体的な例を以下に説明する。
【００７６】
まず、前記したように、加熱ローラ１を全く回転させることなく、図４の位置Ａに配置した温度検知部材５の検出値に基づいて加熱ローラ１の温度制御（誘導コイル３ａへの通電制御）を行ったときの結果は図５に示すようになる。この図５から明らかなように、最も加熱ローラ１の温度が高くなる位置Ａの温度は、１７０℃で一定に保たれているのに対し、温度の低い位置Ｄでは、待機後、約３分までは温度が低下し、以降徐々に温度が上昇して位置Ａと位置Ｄとの温度差は徐々に解消されていくが、依然として温度差（温度むら）は存在する。
【００７７】
このような温度むらは、待機モードからの復帰に際しても履歴として残ることがあり、その結果、画像の光沢むらを引き起こす可能性がある。このような課題に対しては、待機中に加熱ローラ１を回転させることが有効である。待機中の加熱ローラ１の回転方法は、定常回転または間欠回転のいずれでもよい。ただし、印字中の回転速度より大きな速度で加熱ローラ１を回転させると、加熱ローラ１や加圧ローラ２の劣化を促進することがあるため、待機中の回転速度は印字中の回転速度以下にするのが好ましい。
【００７８】
−加熱ローラの間欠回転制御−
以下、加熱ローラの間欠回転制御について説明する。
【００７９】
まず、温度検知部材５を図４に示す位置Ａに設置し、温調温度を１２０℃で１０分間待機させたときの復帰時間と、定着温度１７０℃に復帰した直後にべた画像を定着させたときの光沢むらを評価した。その結果を下記の表１に示す。
【００８０】
【表１】
2005121899.tif 000003
この表１の結果から、待機中に全く加熱ローラ１を回転しない場合は、若干の光沢むらが出現することがわかる。
【００８１】
そこで、待機中、２分間に１回の割合で加熱ローラ１を半回転させ、待機経過時間がトータルで１０分に達した時点で、１７０℃までの復帰時間及び復帰直後のべた画像の光沢むら評価を行ったところ、加熱ローラ１を所定時間ごとに回転（間欠回転）することで待機中の加熱ローラ１の温度を均一化でき、復帰時間の短縮及び定着画像の光沢むらを改善することができた。このような効果が得られる理由は、加熱ローラ１を停止状態で加熱したときの被加熱領域が加熱ローラ１の回転により誘導コイル３ａによる非発熱領域まで回転され、逆に、加熱ローラ１の非加熱領域が誘導コイル３ａによる発熱領域に移動することで、待機中の加熱ローラ１の周方向における温度むらを低減でき、その結果として、光沢むらのない画像が得られたことによる。
【００８２】
さらに、加熱ローラ１の被加熱領域が、加圧ローラ２との定着ニップ部Ｎに位置するように回転させると、待機中においても加圧ローラ２に対して熱供給量を増やすことが可能となり、復帰時間の短縮も可能になる。
【００８３】
以上の間欠回転動作は、所定時間ごとに加熱ローラ１を回転させた場合であるが、本発明はこれに限られることなく、加熱ローラ１の温度検出情報を用いて間欠回転制御を行うようにしてもよい。
【００８４】
この場合、図１に示すように、加熱ローラ１の発熱領域に設置した温度検知部材５の検出値が予め設定された設定温度（例えば１６０度）に達した時点で加熱ローラ１を所定角度だけ回転（例えば半回転）するという制御を行えばよい。また、この場合、ファーストコピー時間を短縮するために、上記した設定温度を、プリント開始信号が送られてから用紙Ｐが、定着ニップに突入するまでの時間内に加熱ローラ１が定着可能温度に到達できるような温度に設定することが好ましい。
【００８５】
このように、発熱領域に温度検知部材５を設けて加熱ローラ１の温度検知を行い、その温度情報に基づいて温度制御を実施すると同時に、待機中も所定時間間隔もしくは温度検知部材５の温度情報に基づいて加熱ローラ１を間欠回転させることで、復帰時間の短縮、ファーストコピー時間の短縮が可能になるとともに、更に画像の光沢むらも解消できる。
【００８６】
なお、以上のような回転制御は、定着装置５０の専用の制御装置を設けて実施してもよいし、画像形成装置１０のコントローラにて実施するようにしてもよい。
【００８７】
−加熱ローラの定常回転時の温度制御−
待機中に加熱ローラ１を定常回転で回転しながら加熱する場合、加熱ローラ１の発熱領域に設置した温度検知部材５の検出値に基づいて、その温度検知部材５の検出値が予め設定された設定温度（例えば１５０度）以下であるときに誘導コイル３ａへの通電を行い、温度検知部材５の検出値が設定温度に達したときに誘導コイル３ａへの通電を停止するというようなオン・オフ制御を行えばよい。なお、このような制御は、定着装置５０の専用の制御装置を設けて実施してもよいし、画像形成装置１０のコントローラにて実施するようにしてもよい。
【００８８】
ここで、以上の実施形態では、加熱源としての誘導コイルを加熱ローラの外部に配置する構成（外部加熱方式）の定着装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、加熱源を加熱ローラの内部に配置する内部加熱方式の定着装置にも適用可能である。さらに、加熱源についても誘導コイルに限られることなく、例えばハロゲンランプなどの各種ヒータにて加熱ローラを局部的に加熱する構成の加熱源を適用してもよい。
【００８９】
また、本発明は、以上の各実施形態で示した構成の定着装置及び画像形成装置に限定されるものではなく、少なくとも、加熱源によって加熱される加熱回転体と、その加熱回転体に摺接して当該加熱回転体との間に定着ニップ部を形成する加圧回転体とを備え、未定着トナー像が転写された記録材（用紙）を前記定着ニップ部にて挟持搬送しつつ加熱・加圧して記録材の表面に未定着トナー像を定着させる定着装置であれば、構成や形式の如何を問わず、本発明を適用することができる。なお、上記した実施形態では、モノクロ画像の画像形成装置について説明しているが、本発明は、カラー画像に対する定着装置にも有用である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、画像形成装置等において用紙上の画像を加熱定着するのに有効に利用することができる。本発明の定着装置を使用すると、発火・発煙等の危険がなくなるとともに、良好なファーストコピーアウト性能を得ることができる。さらに、画像形成装置において良好な画質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明を画像形成装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の定着装置の一例を示す断面図である。
【図３】図２の定着装置に用いる加熱ローラの要部構造を模式的に示す拡大断面図である。
【図４】温度検知部材の設置位置と発熱分布を示す図である。
【図５】待機時の加熱ローラの温度状態を示すグラフである。
【図６】待機時の加熱ローラの温度状態を示すグラフである。
【図７】待機時の加熱ローラの温度状態を示すグラフである。
【図８】待機時の加熱ローラの温度状態を示すグラフである。
【図９】本発明の定着装置の他の例を示す断面図である。
【図１０】本発明の定着装置の別の例を示す断面図である。
【図１１】誘導加熱において発熱層の表面からの深さと誘導電流密度との関係を示すグラフである。
【図１２】誘導加熱方式の定着装置に設ける温度検知部材の設置位置と発熱分布を示す図である。
【図１３】図１２において加熱待機したときの加熱ローラの温度を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９２】
１  加熱ローラ
２  加圧ローラ
３  加熱源（部分加熱手段）
３ａ  誘導コイル
４  定着入口ガイド
５  温度検知部材
１０  画像形成装置
２０  画像形成部
５０  定着装置
Ｎ  定着ニップ部
Ｐ  用紙（記録材）
【図１】
2005121899.tif 000004
【図２】
2005121899.tif 000005
【図３】
2005121899.tif 000006
【図４】
2005121899.tif 000007
【図５】
2005121899.tif 000008
【図６】
2005121899.tif 000009
【図７】
2005121899.tif 000010
【図８】
2005121899.tif 000011
【図９】
2005121899.tif 000012
【図１０】
2005121899.tif 000013
【図１１】
2005121899.tif 000014
【図１２】
2005121899.tif 000015
【図１３】
2005121899.tif 000016